凯利讯半导体

 凯利讯半导体有限公司成立于2008年,专业从事电子元件销售服务。拥有广泛而畅通的供应渠道,并保留了大量电子元件库存,包括所有类别的产品,如:光器件,嵌入式系统,半导体,电路保护元件,无源元件,连接器,传感器等。产品广泛应用于电力,网络,通信,工业控制,汽车,军工,仪表仪表,金融设备,工业控制,计算机接口设备,消费电子等领域。

休眠能量捕获设计中的电源顺序管理

0
阅读(142) 评论(0)

  环境能源驱动的设计在长期储存时面临着独特的挑战。由于没有可用的能量储备,这些设计必须遵循个别电路元素的详细顺序,特别是像微控制器(MCU)这样的设备,它们在初始化时可以显示出强大的功率需求。对于工程师来说,成功的电能量采集的设计基于单片机的“冷启动”变得更容易结合电压监测中的应用和专业能量收集设备制造商包括模拟设备,线性技术,集成,芯片技术,Silicon Labs、德克萨斯文书,其中。

  对于环境源供电的设计,波动的能量水平往往决定使用储能装置,如可充电电池或超级电容器,以维持标称能量通过能量峰和谷的可用性。然而,对于从储存或长期没有能源来源的能量收集设计,很少有实际的储能设备能够在这些期间保持足够的电荷,以便快速恢复电路操作。因此,设计者需要采用策略,以确保电源启动过程顺利进行。在许多情况下,只需将休眠电路暴露在周围的电源中就不足以可靠地恢复工作。事实上,随着功率水平开始上升,这些设计必须保证有足够的电力可以支持耗电设备如MCU和无线收发器正确初始化。


  上电复位

  对于线路供电的设计或从高能源中汲取能量,电路初始化的细节很少是一个问题。然而,即使有足够的可用电源,电路也需要仔细排序,以确保其他元件所需的块在使用前完全初始化和驱动。在典型的基于单片机的设计,简单的电源IC如模拟设备adm6711和adm6713复位,微芯科技TCM809,德克萨斯文书tlv803处理器提供电源复位时序和电压监控(图1)。

  模拟设备adm6711和adm6713图像

article-2015april-managing-power-on-fig1.jpg

  图1:上电复位电路等模拟设备adm6711和adm6713提供简单的解决方案为MCU电源排序。的adm6711具有推挽式输出,无需额外的外部元件,而adm6713提供一个开漏输出需要外部上拉电阻和允许连接到电压高于VCC。(由凯利讯半导体提供)

  这个类中的设备通常监视电源电压并在上电、断电和电源电压低于预设阈值时提供复位信号。这些类型的设备通常包括一个内置的延迟100 - 200毫秒,然后再生成复位信号,使电源电压稳定,然后再重新启动处理器。线性技术的ltc2935扩展这些基本功能与附加功能,包括预警电源故障输出信号时,供应下降到略高于最终复位阈值阈值。事实上,工程师们可以找到电压监测集成电路具有广泛的复杂的电源监控能力。

  然而,对于由低能量环境源驱动的设计,确保从冷启动中可靠的电路激活,除了简单的上电复位功能之外,还需要更多涉及的方法。例如,尽管收获电路工作来积累足够的能量,泄漏电流,或亚阈值电路激活,复杂的设备,如MCU已经可以消耗功率,增加在最坏的情况下需要达到阈值水平,或启动时间,防止它完全。


  功率消耗

  在MCUs,内部电路在设备启动就可以开始激活低于阈值的能力,导致在一个显着的功率消耗,即使在这个早期阶段(图2)。在非收割应用中,电源电压迅速接通,这种电流消耗几乎不作为功率谱中的一个光点注册。然而,在冷起动能量收集应用中,当电源电压上升很慢时,这种电流会变得非常显著,甚至比收割电路从周围环境中提取能量更快。在这种最坏的情况下,可能的情况下,系统可能永远达不到门限值。

  硅实验室小壁虎的图像

article-2015april-managing-power-on-fig2.jpg

  图2:即使在超低功耗MCU,内部客房电路开始借鉴电力在供应达到阈值的力量--有可能减少能量收集设计的能力,从低能环境来源的冷启动。目前的配置文件显示了从硅实验室小壁虎微控制器的电流测量,当电源接近VDD时。(由凯利讯半导体提供)

  此外,当电源达到功率阈值时,设计需要确保足够的能量来维持电路元件通过其电源初始化阶段进入正常工作状态。复杂的设备,如MCU能够表现出较高的电力需求在上电。例如,当在一段长时间,去耦电容器将完全排出。当电源电压接通时,去耦电容最初会出现短路,而电流仅受电力线的电阻和电感的限制。

  除了那些短暂的影响,单片机等复杂设备的初始化要求能导致显著的功率需求。例如,即使程序上电复位立即进入睡眠模式,Silicon Labs单片机小壁虎吸引大约4毫安300μS由单片机需要从电源复位的能量模式1过渡时间(EM1)睡眠状态(图3)。

  硅实验室小壁虎MCU启动功率要求

article-2015april-managing-power-on-fig3.jpg

  图3:当设备带来外围设备、存储器、I/O缓冲区和处理器核心电路时,MCU启动功率要求可以达到很高的水平。在这个功率测量的需要在启动过程中,Silicon Labs单片机小壁虎吸引大约4毫安的300μ的快速处理器需要从电源复位到其睡眠状态过渡,EM1。(由凯利讯半导体提供)

  为了防止单片机在储能装置建立足够的储备以安全地为MCU供电之前,先将采集的能量耗尽,在收割电路和MCU之间插入一个开关。事实上,电路设计者可以使用电压监控电路如上述控制逻辑电平栅极栅极MOSFET开关用于将单片机从电源到功率达到标称的水平。

  事实上,成功的能源测序在能源收集设计关键取决于功率积累的能量存储设备,如可充电电池或超级电容器。因此,能量收集子系统的输出通常是最重要的应用,以确保这些设备完全充电。这一功能,专业的集成电路,如模拟设备adp5090,ltc3331线性技术,集成max17710,德克萨斯文书bq25570提供有效的解决方案,结合能量收集功能,充电锂离子电池或超级电容器的芯片电路。


  结论

  从“冷启动”提出能量收集设计需要仔细注意电压水平和累积能量的电流容量。不小心电源排序的MCU和其他设备与大型启动电源的要求,电源取自环境能源可以在启动顺序完成疲惫,甚至导致创业的尝试和失败的反复循环。通过结合可用的上电复位、电压监测和储能充电器集成电路,工程师可以确保他们的设计可靠地完成相对复杂的功率序列,同时从低能量的环境中获取能量。